книги из ГПНТБ / Смехов Е.М. Теоретические и методические основы поисков трещинных коллекторов нефти и газа

Глава IV

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛЛЕКТОРСКИХ И ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТРЕЩИНОВАТЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ЛИТОЛОГО-ПЕТРОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Геологическими и литолого-петрографическими методами ис­ следования непосредственно невозможно получить данные о кол­ лекторских свойствах трещиноватых горных пород в их количест­ венном выражении. Указанными методами доставляется необходи­ мая информация о вещественном составе рассматриваемых горных пород, их структуре и текстуре и данные об основных параметрах трещиноватости, которые затем используются при расчетах опре­ деления трещинной проницаемости, трещинной пористости и ин­ тенсивности трещиноватости (густота трещин).

О современных геологических методах изучения параметров трещиноватости было сказано выше, в главе I. Напомним, что при этих методах изучения производится непосредственное измере­ ние параметров трещиноватости, необходимых для определения объемной плотности систем трещин и элементов их ориентировки [169]. Визуальные геологические методы применяются при иссле­ дованиях трещиноватости как в -обнажениях, на дневной поверхно­ сти и в горных (шахтных) выработках, так и при исследовании керна из буровых скважин. В последнем случае необходимо ори­ ентировать керн относительно сторон -света (по напластованию) и сравнительно полно отобрать его из скважин. Способы измерения элементов ориентировки трещин как в керне, так и в обнажениях давно разработаны и описаны в литературе, в том числе в работах

[170, 169].

Как известно, наиболее распространенным методом определе­ ния ориентировок трещин является метод Шмидта, который ис­ пользуется при анализе структурных диаграмм для двух перемен­ ных (различные типы диаграмм на азимутальных сетках). Однако более удовлетворительные результаты дает метод векторного пред­ ставления структурных диаграмм, при котором ориентировка тре­ щин рассматривается как нормализованный вектор, характери­ зующийся своим поведением в определенной системе координат

[116].

Наглядное представление о распределении трещиноватости горных пород и ее изменении по площади (по простиранию пла-

112

ста) дают карты трещиноватости. Такие карты позволяют выявить приуроченность максимумов трещиноватости к тем или иным эле­ ментам структуры. Необходимо учесть, что построение подобных карт, отражающих простирание основных систем трещин, возмож­ но лишь для весьма пологих поднятий (падение пород 1—5°), так как в этих условиях наиболее развитые нормальные (перпендику­ лярные по отношению к слою) трещины будут оставаться «нор­ мальными» и к горизонту. Для более крутых складок, для каж­ дой генетической группы систем трещин строятся отдельные карты (срезы), на которых выделяются участки интенсивности густоты той или иной рассматриваемой генетической системы трещин. Пу­ тем наложения построенных карт (срезов) друг на друга на по­ добных крутых складках выявляются участки максимальной тре­ щиноватости, представляющие интерес как для поисков трещин­ ных коллекторов по площади, так и для установления закономер­ ностей развития трещиноватости на складках различного типа.

В общем случае для выделения по площади поднятия участков максимальной трещиноватости достаточно ограничиться изобра­ жением общих густот в изолиниях (рис. 33).

Значительный интерес представляет собой методика выделения зон (горизонтов) трещинных коллекторов по разрезу. Обычно на­ иболее наглядно изменения трещиноватости по разрезу выявляются на диаграммах (рис. 34). По результатам исследования связей между трещиноватостью горных пород и дизъюнктивными нарушениями можно построить различные гра­ фики и кривые распределения густоты трещин на различном уда­ лении от дизъюнктива. Такие же графики строятся и по различ­ ным элементам структуры, по разным стратиграфическим подраз­ делениям, для одной и той же литологической разности горных пород. Опыт таких методических исследований описан в работах

[87, 89].

Зоны трещинных коллекторов, выделенные в рассматриваемом разрезе, анализируются прежде всего по их литологическому со­ ставу. Это обстоятельство вызвано тем, что распределение по разрезу трещинных коллекторов в основном контролируется лито­ логическим фактором. Так, при ориентировочном выделении воз­ можных трещинных коллекторов в случае наличия в разрезе од­ них известняков и доломитов одинаковой структуры наиболее тре­ щиноватыми могут оказаться доломиты. При чередовании несколь­ ких литологических разностей горных пород выделение трещинных коллекторов без дополнительных исследований становится затруд­ нительным. В этих условиях кроме литологического фактора раз­ витие трещиноватости по разрезу контролируется как мощностью отдельных слоев, так и сочетанием мощностей пачек более ком­ петентных и менее компетентных слоев.

Задачи, решаемые при анализе результатов исследования тре­ щиноватости статистическими методами, могут быть разделены на два типа [169]. Первый тип (задачи об однородности выборки и

задачи классификации) связан с выяснением границ, в пределах которых наблюденные значения отличаются друг от друга по слу­ чайным причинам. Надобность применения таких задач, в частно­ сти, возникает при обработке наблюдений по выделению систем

Рис. 33. Схематическая карта изменения густоты трещин по площади локального поднятия (169].

1 — стратоизогипсы; 2 — изолинии густоты трещин; 2 — участки повышенной густоты трещин.

трещин, когда нет уверенности в параллельности трещин, состав­ ляющих ту или иную систему, а также при изучении густоты трещин (задача выделения участков, отличающихся по густоте тре­ щин). Для решения указанных задач привлекается метод разде­ ления распределений. Второй тип задач (факторный и корреляци­ онный анализы) возникает в тех случаях, когда необходимо выяс­ нить влияние того или иного фактора (или совокупности факто­

ров) на соответствующий параметр трещинного коллектора. Эти задачи решаются при помощи вычисления коэффициента корре­ ляции и дисперсионного анализа. При выяснении связей между

Рис. 34. Выделение горизонтов трещинных коллекторов по разрезу методом сопоставления данных по густоте макро- и микротрещин '[169].

геологическими факторами и параметрами трещиноватости ис­ пользуется также и регрессионный анализ. Указанные статисти­ ческие методы позволяют вывести надежные показатели, харак­

теризующие неслучайность обнаруживаемых различий в значе­ ниях параметров коллектора.

изучения, поскольку пористость, проницаемость, кавернозность и трещиноватость обусловлены преимущественно структурно-генети­ ческими особенностями горных пород и их вещественным соста­ вом. При микроскопических исследованиях горных пород (в шли­ фах) изучается характер трещин и иных пустот, раскрытия тре­ щин и их размеры, минеральный состав заполнителей трещин и пустот и последовательность их образования.

Указанными исследованиями предусматривается визуальное микроскопическое изучение как керна, отобранного из буровых скважин, так и образцов горных пород, взятых из обнажений на дневной поверхности. Обычно в результате такого изучения со­ ставляется описание вещественного состава пород, их структурно­ текстурных особенностей, характера распределения различного рода пустот (пор, каверн, трещин и др.), приближенного коли­ чества трещин (и отдельно стилолитов) и их ориентировки по отношению к плоскостям напластования, наличия открытых и минеральных пустот (в том числе и трещин), а также состава заполнителей последних.

В благоприятных геологических условиях (относительная бли­ зость обнаженного на поверхности разреза от разведочной пло­ щади, где на глубине сохраняется литолого-фациальная характе­ ристика исследуемых пород) для целей сравнительного анализа целесообразно располагать керном из буровых скважин и образ­ цами горных пород из обнажений. Отобранные образцы исследу­ ются под люминесцентной лампой в ультрафиолетовых лучах для установления характера распределения битумов в породе и их количественного содержания. В последующем изучение вещест­ венного состава исследуемых пород, структурно-текстурных осо­ бенностей порового и трещинного пространства, а также выявле­ ние роли постседиментационных процессов в формировании емко­ сти коллектора производятся в специальных плоскопараллельных

тельно пропитанных синтетическими смолами (бакелитовый лак—■ метод УкрНИГРИ; эпоксидные смолы — метод УкрНИИгаз; ме­ тилметакрилат — метод ВНИИгаз и др.).

Определение параметров трещиноватости в шлифах под микро­ скопом производится методом ВНИГРИ, являющимся в настоя­ щее время единственным, с помощью которого возможно прямое визуальное определение величин раскрытия трещин, по данным которых, в свою, очередь, представляется возможным получить ка­ чественную и количественную оценки параметров трещиноватости. Сущность метода! шлифов ВНИГРИ заключается в том, что под

1.16

микроскопом непосредственно измеряются раскрытия трещин, длина их следов в плоскости шлифа и площадь его поверхности. По этим исходным данным производится подсчет параметров тре­ щиноватости — трещинной проницаемости Кт, трещинной пористо­ сти тт, объемной плотности Т или густоты трещин Г по форму­ лам, предложенным в работе [170]:

Кт= АЬЧ тт= ы Т = 1,57 ; Г — 1,5 7 -

где А — численный коэффициент, зависящий от геометрии систем трещин в горной породе; b — ширина трещины, мкм; I — длина трещины в шлифе, мм; 5 — площадь шлифа, мм2. Входящий в фор­ мулу подсчета трещинной проницаемости численный коэффици­ ент А исключает зависимость раскрытия трещин от угла между плоскостью последних и плоскостью шлифа, что дает представле­ ние о живом сечении трещин (табл. 17). В том случае, когда

Таблица 17

Значения коэффициента А для наиболее распространенных систем трещин [169]

плоскость шлифа строго перпендикулярна к развитым в горных породах трещинам, подсчеты параметров производятся по фор­ мулам

/Ст = 8,45-106~ ; /пт = -|- ; 7 = Р = ^ ,

где Р — поверхностная плотность трещин.

Для расчетов величин трещинной проницаемости, трещинной пористости и объемной плотности трещин пользуются приведен­ ными выше формулами.

При микроскопических исследованиях необходимо учитывать, что размеры шлифов обычно не превышают (меньше) расстояния между трещинами. В этой связи для получения необходимых дан­ ных о плотности трещин важно располагать несколькими шлифами изучаемой горной породы.

В целом указанный метод шлифов является статистическим, что обусловливает определенные требования как к методике от­

117

бора образцов, так и к изготовлению из них шлифов. В основном эти требования сводятся к тому, чтобы была обеспечена случай­ ность отбора образцов и выбора элементов ориентировки шлифов.

Подробное изложение микроскопического метода определения параметров трещиноватости содержится в работах [170, 169].

В указанный метод было внесено усовершенствование, касаю­ щееся измерения плотности трещин [264]. Сущность этого пред­ ложения заключается в том, что для этой цели производится из­ мерение числа пересечений следами трещин некоторой произволь­ но ориентированной прямой линии, проведенной в плоскости шли­ фа, с последующим делением полученного результата на длину этой линии. Это предложение (переход от площадных измерений к линейным) является рациональным, поскольку оно уменьшает трудоемкость измерений и совершенствует дальнейшие вычисления данных по трещинной проницаемости и трещинной пористости.

Метод шлифов модифицирован для применения его при изуче­ нии параметров трещиноватости в аншлифах [31]. В этих слу­ чаях повышается точность измерения поверхностной плотности трещин благодаря измерению раскрытия трещин по шести граням исследуемого образца горной породы. Однако при работе с аншлифами исключается возможность изучения вещественного со­ става как самой горной породы, так и заполнителя трещин.

Петрографическими методами в первом приближении может быть произведена и количественная оценка параметров норового пространства горной породы. Для этого используются такие опти­ ческие системы, как микроскоп, микрофот и фотоувеличитель, с применением линейного и квадратно-клетчатого окуляр-микро­ метра или различных систем интеграторов.

Значительные успехи в оценке порового пространства достиг­ нуты исследователями, впервые применившими метод заполнения пустот окрашенным веществом [2, 3]. Для характеристики поро­ вого пространства ими было предложено вычисление (по шлифам) эффективной пористости —. Яэ, равной отношению площади сече­ ния пор, заполненных бакелитом, ко всей площади шлифа, и гид­ равлического коэффициента — Ф, равного отношению периметра эквивалентного идеального цилиндрического канала к периметру сечения поровых каналов на площади 1 см2. В последующем метод определения эффективной пористости был упрощен способом из­ мерения по фотографии шлифов [138] и способом математиче­ ского описания структуры порового пространства с помощью фун­ кции плотности распределения случайной величины — расстояния между стенками пор в шлифе [30]. Представления о классифика­ ции порового пространства коллектора содержатся в работе Г. И. Теодоровича [236], где даны также эмпирические таблицы для приближенного расчета проницаемости пород по шлифам.

Ниже приведены примеры сопоставления данных о проницае­ мости, пористости и параметров трещиноватости горных пород, определенных разными методами для ряда месторождений Совет­

118

ского Союза. Так, сравнительное сопоставление величин проницае­ мости газоносных медистых песчаников Шебелинского месторож­ дения (табл. 18), определенных различными методами, показало

Таблица 18

Сравнительное сопоставление величин проницаемости медистых песчаников нижней перми по Шебелинскому месторождению [174]

относительную их сходимость (близкий порядок величин). Сравни­ тельное сопоставление данных определения величины трещинной пористости пород разными методами произведено по месторож­ дению Карабулак-Ачалуки в Грозненском районе (табл. 19). Та-

Таблица 19

Определение величины трещинной пористости верхнемеловых известняков месторождения Карабулак-Ачалуки различными методами [152]

кие же сопоставления сделаны и по месторождениям Селли и Гаша в Дагестане (табл. 20).

Таблица 20

Определение величины трещинной пористости и трещинной проницаемости верхнемеловых известняков различными методами

по месторождениям Селли и Гаша [152]

119

Из приведенных данных видна сходимость результатов изуче­ ния трещинной пористости и трещинной проницаемости различ­ ными методами.

Можно также привести данные А. Атанасова и др. [10] по Долно-Дыбникскому нефтяному месторождению (Болгария) для доломитов среднего триаса, залегающих на глубине 3055—3290 м;

Приведенные примеры указывают на правомерность примене­ ния метода шлифов для определения величины трещинной порис­ тости и трещинной проницаемости.

Вместе с тем необходимо отметить, что отсутствие данных по трещинной проницаемости не позволяет сопоставлять величины проницаемости, полученные по промысловым исследованиям и ре­ зультатам лабораторного анализа керна. Примером указанному может служить сопоставление значений пористости и проницаемо­ сти известняков, полученных разными методами по нефтяному месторождению Карактай в Средней Азии (табл. 21). Здесь при

Таблица 21

Коллекторские свойства продуктивных известняков верхней юры по нефтяному месторождению Карактай

относительной сопоставимости данных по пористости, определен­ ной лабораторным и геофизическим методами, данные по прони­ цаемости продуктивных известняков оказались резко несопоста­ вимыми. Последнее объясняется отсутствием данных по трещин­ ной проницаемости известняков, которая и обусловила промыш­ ленные притоки нефти к забоям скважин.

Отметим также неправомерность сопоставления значений тре­ щинной пористости (метод шлифов) с величинами пористости, оп­

120

мысловым и геофизическим данным оценивалась общая порис­ тость рассматриваемого коллектора, тогда как методом шлифов определяется лишь трещинная пористость.

Результаты исследований межзерновой проницаемости рифогенных известняков Башкирии, обладающих различной пористо­ стью, показали, что значительная часть их представлена плотными разностями с низкими значениями межзерновой проницаемости,— в среднем около 3 мд. Обращает на себя внимание и то обстоя­ тельство, что даже известняки, обладающие относительно боль­ шой пористостью (5—10, 10—15%), также недостаточно прони­ цаемы (табл. 23).

Таблица 23

Соотношение газопроницаемости и пористости, рифовых известняков Башкирии.

(по данным лабораторных исследовании)

Однако из указанных данных вовсе не следует, что «наличие непроницаемых пород с пористостью не только меньше 5%, но и значительно выше... показывает на практически полное отсутст­ вие связи между порами... Такие породы следует исключить при подсчете запасов...» [1]. В данном случае не учитывается

121